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发展学生数学核心素养的教学资源设计与开发

2023-05-08谢婉钰吴艳苹马庆慧李坦邓兴超

电脑知识与技术 2023年9期
关键词:数学核心素养线上教学教学设计

谢婉钰 吴艳苹 马庆慧 李坦 邓兴超

关键词:七桥问题;数学核心素养;教学设计;线上教学;动画教学

当今世界,核心素养已成为全球关注的焦点,1997年经济合作与发展组织启动的“素养的界定与遴选:理论和概念基础”项目揭开了以21世纪核心素养为导向的国际教育研究和改革的序幕;2002年美国正式启动了21世纪核心素养研究项目,而这一项目的开启旨在促进美国教育系统能够培养出具有适应时代挑战的知识和技能的学生;2016年,中国学生发展核心素养研究成果发布,标志着中国教育领域正式迈入核心素养时代。这些国家或组织出台的政策无一不是在说明核心素养与培养人才之间的关系越来越密切。

1 核心素养概述

核心素养研究课题组[1]将核心素养分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面,基于这三个方面,又可以细化为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大素养,再对其六大素养深化,具体分为十八个基本要点。各素养之间层层递进、相互支撑,相辅相成,在不同情境中整体发挥作用。

其中科学精神素养包括理性思维,批判质疑和勇于探究。理性思維的重点是尊重科学,有实践精神和严谨的求学态度,并能通过清晰的逻辑思维,利用科学的手段分析、解决问题。批判质疑的重点是能自主发现并提出问题,并且能独立思考、独立判断;从多个方面对问题进行分析并作出选择。勇于探究重点是:具有丰富的想象力和强烈的求知欲;有不怕苦不怕累的钻研精神。学会学习素养包括乐学善学、勤于反思和信息意识。乐学善学的重点是: 能体会到学习的乐趣并在其过程中收获成就感,养成好的学习习惯,并且能找到适合自己的学习方法;能主动学习、树立终身学习的目标。勤于反思的重点是: 能经常对自己的学习状态进行反思,善于总结成功与失败的原因;能够根据自身的学习情况及时调整学习方法等。信息意识的重点是: 能主动、高效地取得、评价、识别、利用信息;具有信息化意识,主动适应现代社会信息科技发展趋势;具有网络信息安全意识等。

在提及如何培养学生学科核心素养时,潘小明[2]总结了一线数学教师在教学实践中的具体做法,并提出了坚持3个原则(化隐为显的原则、循序渐进的原则、学生参与的原则), 把握好4个环节(教师重视、总体设计、反复融入、适时突破、应用发展)的观点。基于这个观点,小组学习、课外学习、师生交流学习等方法也常常被一线教师所应用。但后疫情时代,需要思考不确定性的授课模式,也需要思考如何利用信息化进行教学。《教育信息化2.0行动计划》和《中国教育现代化2035》文件都强调当前教育需充分利用现代信息技术,办好网络教育,积极推进“互联网+教育”发展,加快教育信息化、现代化建设。21 世纪后,信息通信技术迅速发展并大规模运用,全球迈入信息时代[3]。2018 年一篇关于数学课堂上信息通信技术(简称ICT) 的实际使用效果的研究论文[4]也指出,教师通过自己丰富的经验可以将课程内容与ICT高度融合, 从而对学生的素养产生正向的显著影响。综上,笔者利用Scratch软件技术设计和开发了一系列优质动画教学资源,借此提升学生核心素养,从而培养更多人才。

2 教学资源案例

哥尼斯堡七桥问题[5]作为经典的数学问题,不仅开创了图论的先河,也是数学素养教学的典型案例,具有重要的教育意义。以七桥问题的讲解作为教学资源开发案例,探索其中蕴含的辩证思维,领略数学家的哲学智慧,让学生感受动画形式的交互教学优势,有利于提升科学精神素养和学会学习素养。接下来将以七桥问题动画为例,阐述动画教学如何提升科学精神素养并学会学习素养。

2.1 游戏设计

近年来,信息技术飞速发展,对教育内容、教育方式产生了较大影响,信息化教育来源于现代信息技术与现代教育思想理论,现代教育系统在现代信息技术的改造下, 教育的质量和效益显著提高。游戏化教学作为其中一种有效实施手段,已经逐渐成为发展趋势,近几年国内外正不断进行游戏化教学方式的探索,取得的成果受到了广泛关注。将教学融入游戏,在游戏中讲述晦涩难懂的理论知识,利用生动直观的游戏表达抽象的思维逻辑,学习者能通过体验游戏,激发其好奇心, 在游戏环境中刺激感官, 学习内容的趣味性也能够增强学习者的认知好奇[6],对于增加学生学习的耐力持续性有很大的助力。同时游戏化教学对学习者的认知和主体性发展有很大的促进作用[6]。培养有积极的学习态度、乐学善学、学会学习,从而更好地提升科学精神素养和学会学习素养。在哥尼斯堡七桥问题的动画中,设计一个以该问题为背景的游戏,学习者根据文字提示利用键盘选择出发岛屿,通过移动鼠标来控制屏幕中人的行走,每走过一座桥,该桥就会消失,以此来实现一次性且不重复走完七座桥的目的,通过多次游戏尝试激发学习者解决问题的兴趣,能积极、主动地将学到的知识灵活运用到实际问题的解决当中,也会促进学习者获得自信感,加深对知识的理解。

2.2 情境设计

情境教学作为常用的教学手段,加上动画直观的展示,可以让学生更加直观地感受知识内容。当创设的情境接近于现实时,学生可以更迅速准确地理解教师传达的信息,更好地调动学生对学习数学的积极性和主动性[6],让学生可以主动在不同情境中选用不同的学习方式,也可以培养学生的逻辑思维能力。从发现问题到解决问题,潜移默化地提高学生科学精神的核心素养。在七桥问题动画中,以数学家欧拉来到哥尼斯堡这一故事为引子,创设一个居民散步需要一次性且不重复走完七座桥的情境,将学生的关注点引导到生活中实际遇到的问题中,且在真实的情境中体验七桥问题,寻找解决七桥问题的方法,活化学生的思维。学习过程中的背景与材料能和现实生活情境相融合,学习效果得到了最大化[7]。在对七桥问题进行知识点补充时,会涉及对奇偶数的讲解,此时创设两个好朋友分小汽车的情境,贴近学生课下的生活,将枯燥死板、晦涩难懂的数学知识通过画面的传递使学生领悟,能帮助学生养成数学问题生活化的习惯,有利于学生以后在日常生活中解决问题时,能第一时间选择利用数学知识去解决。

2.3 动态图像设计

根据数学家阿蒂亚的理论:几何中视觉思维占主导地位,因此用动态图像演示过程是帮助学生正确思考的有效方法。化静止为生动,培养学生空间观念,在想象和推理的过程中提高学生的空间想象能力[8]。静止的图片讲述动态问题需要更为严谨的表达去指引学生正确的想象与思考,若转而用动态图像描述图形的运动和变化,表述会更加生动,逻辑清晰更易于理解。在实际的动态变化中学会想象、思考、用科学的思维方式,多角度地辩证解决问题、指导行为、培养理性思维、发展科学精神核心素养。哥尼斯堡七桥问题中,四岛七桥通过动态图像一步步转化成四个点和七条线,比单纯的语言去讲述抽象的思维逻辑更加生动,也自然地将现实问题转化为数学问题,引导学生进入一笔画问题的探索,在一笔画问题中,需要判断奇偶点需要计算点有几条边,相较于让学生去数,用动态图像展示穿过点则多两条边的这样的讲述方式不仅讲述了内在逻辑,同时有利于学生在以后对起点终点特点的探究,快速掌握知识基本的原理和方法。

2.4 人物设计

动画人物作为动画中最不可或缺的元素,是儿童在学习时第一时间所注意和记忆的内容,将其与知识点建立联系,可以促进知识的消化吸收,激发学生的学习兴趣,提高学生的学习效率[9]。再利用动画人物的动作,声音等感官上的刺激,有效增加教学过程的趣味性,从而激发学生的学习兴趣,形成乐学善学的良好习惯,达到提升学会学习的核心素养。在实际的教学中,根据不同的场景可以选用不同的动画人物来达到不同的教学目的。如图9至图12所示,在七桥问题动画中的游戏界面采用更接近卡通人物的形象,增加游戏的可玩性。同时以这种形象进行教学,可以拉近教师和学生的距离,降低学生在接受知识时的排斥感,提升教学效率;在分玩具的现实情境中,选用更贴近于小学生的形象,能增加学生的代入感,降低画面与内容的分裂感,也能够进一步完善情境教学,使学习得到最大化。

2.5 思维教学

思维教学[10]是一种同时将心智、心态和心灵几方面力量调用起来去解决各种教学问题的思维过程。在这个过程中,教师通过将教学数据具象为教学信息;通过解码把已有经验与新信息关联,再将教学信息向教学知识转化;通过教学知识的充分应用,把知识转化为能力,提升思维水平的高度,从最初的基本理解教学问题到最终能够分析、评价教学问题。思维教学同传统的教学最大的不同,就是它往往不是以灌输的形式进行,而是通过一系列的思维活动,让其在活动过程中获得问题的解答。这种教学有助于学生养成独立思考和判断的习惯以及理解和融会贯通基本的科学原理和方法,从而提升科学精神素养。

基于思维教学的几个关键环节:引趣、诱思、互动、化成和相长,可以将整个七桥问题的讲解通过图13展开。

首先,利用历史背景故事和游戏引起学生思考问题的兴趣;接着通过岛变点,桥变线的动画过程将哥尼斯堡七桥的现实问题化作纸上的数学问题,通过这一过程,详细地向学生展示抽象问题具体化的过程,这种类比推理[11]的方式更能让学生学到数学思想,也有效地训练了思维能力;接着,把从一座岛出发一次性不重复走过七座桥的要求体现在数学问题上,即从一点出发一次性且不重复地画出图像,成功将七桥问题转化为一笔画问题;更进一步开始演示线穿点的动画讲解一笔画问题。针对受众年龄不同,在这过程中可以插入奇偶数问题的讲解,完善一笔画问题中的知识点,为了体现动画内容的简洁性和目的性,这一讲解也可以放在单独动画里作为补充。在完成一笔画问题的讲解后,再利用一笔画知识反解七桥问题进行问题回顾,加深学生解决问题的过程记忆。最后留下较难的欧拉环问题,进行对七桥问题的延伸拔高。这种培养推理能力的训练活动[5]能为学生以后的深入学习作好铺垫,让学生对图论进行初认识,也可作为一个单独动画用来补充七桥问题。

3 总结与展望

3.1 不足

动画画面不够流畅,画质比较粗糙。动画中人物动作的转变和场景的变化都是依靠某一造型性的不同的动作在短时间内迅速变换而形成,而帧数过少,即使帧率加快也不能提高动画流畅性,就不能得到更逼真的动画。图像素材来源大多来自互联网或是取自Scratch素材库,清晰度和美观性不能得到保证。如果将Scratch软件技术与Python的编程技术、Flash动画制作技术相结合,这些问题都能得到极大的改善。

平台依赖性强。依目前的技术,在Scratch软件上制作的动画不能直接导出,也就不能放在更大的网络平台上进行传播。在之后的安排里,和Scratch平台进行协商合作,由其出面将教学资源推向互联网,如此优质的教学资源就能被广泛应用。

3.2 优点

改变传统的教学方式,提高课堂效率。借助了动画、视频、语音和现实拓展等技术构建精品学科核心素养学习资源,同时基于人工智能,大数据技术对学生兴趣点和认知层次进行精准画像,向K12阶段学生提供符合每个学生认知水平的个性化课程资源,真正做到了千人千面。

注重培养核心素养。该动画教学资源抛弃了传统以“应试”为中心的在线教学理念,从提高核心素养方面入手,以基础知识和基本技能作为教学基础,创新解决问题的方法,最后引导学生在体验和认识及内化等过程中形成严谨的思维方法和正确的世界观,培养出更多人才。

3.3 展望

與AR 技术相融合。AR技术作为最贴近自然的交互方式,可以为学习者搭建一个自主探索的空间画面,学习者融入其中的同时,提升了自身的存在感、直觉和专注度,达到更加真实,贴合实际的用户体验。将教学资源设计和AR技术相融合,并系统地分析学生发展核心素养所需要具备的能力,基于分析拓展教学资源的设计和开发,打造更加全面和科学地发展核心素养的教学资源。

融入学校课堂。将该系列动画教学资源与学校进行合作,推进互联网教学和学校教学的融合,互相取长补短,开发出更优秀的教学资源,创新出更适合学生学习教育模式。积极推进“互联网+教育”发展,加快教育信息化、现代化建设。

搭建资源共享平台。创建一个资源共享平台,用户可以在平台上获取自己所需要的教学资源,也可以自主利用Scratch技术开发教学资源并上传,分享给更多人,形成一个良好的教学氛围。打造出一个生态化的信息环境,突破课程网络资源的困境,并满足促进资源建设、推进区域信息化教育的需求。

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